SCR催化剂铂中毒对DeNOx性能影响的研究

随着排放法规日趋严格,DOC-DPF-SCR后处理系统越来越广泛地应用于柴油机。位于SCR催化剂上游的DOC催化剂,其主要活性组分为贵金属铂、钯,氧化态贵金属在高温时可以气化,并能随排气迁移至SCR催化剂表面,在SCR催化剂上沉积,造成SCR催化剂贵金属中毒。将台架试验后中毒的催化剂制备成小样,并对催化剂进行了性能探究,发现贵金属中毒主要影响DeNO_x的高温阶段(300℃以上)效率;同时在试验室制备两种模拟中毒样件:掺杂涂覆样件和表面涂覆样件,研究了SCR催化剂Pt中毒的现象并分析中毒后的反应机理。掺杂涂覆500×10^-6样件试验结果表明,贵金属中毒后催化剂氧化能力显著提升,氨气泄漏量在350℃降低至0;而选择性还原能力大幅下降,NO_x转化效率在450℃下降至56.3%。表面涂覆50×10^-6样件试验结果与掺杂涂覆500×10^-6相当。两种涂覆方法研究结果表明,中毒主要发生在表层,导致内层催化剂利用率低,吸附的氨气很难传递进催化剂内层,被直接氧化为NO_x和N₂O,导致NO_x转化效率降低。     

基于怠速提升的DPF再生温度控制方法研究

在DPF主动再生过程中,如果柴油机运行工况突降至怠速状态,会使DPF内部温度峰值和温度梯度迅速升高,易导致DPF出现烧熔现象,针对该问题,进行了基于怠速提升的DPF主动再生温度控制的试验研究。结果表明:再生过程降至怠速工况时,载体出口端中心附近的温度和温度梯度升高幅度最大;随着怠速的提升载体的温度峰值和温度梯度逐渐降低,怠速提升至1 100r/min时,最高温度峰值由820℃左右降至632℃左右,降低了约22.9%,最大温度梯度由30℃/cm左右降至10℃/cm左右,降低了约66.7%。     

排气温度、排气流量和海拔高度对SCR系统NOx转化率和NH3泄漏量的影响研究

为研究不同海拔下SCR系统性能,分别在80、90、100 k Pa大气压力下对一台满足国五排放标准的高压共轨柴油机进行性能与排放试验,以研究排气温度、排气流量和海拔变化对NO_x转化率和NH₃泄漏量的影响。结果表明:在排气流量为350 kg/h情况下,NO_x转化率随排气温度升高呈现先增后减的趋势,不同温度下NO_x转化率最大差值为43.4百分点;NH₃泄漏量随着温度的升高大体上呈下降趋势,不同温度下NH₃泄漏量最大差值为328×10^-6;NO_x转化率随排气流量升高呈现先增后减的趋势,在250℃时,不同排气流量下NO_x转化效率最大相差21.5百分点;NH₃泄漏量随排气流量的增大而增加,在250℃时,不同排气流量下NH₃泄漏量最大差值为90.8×10^-6。相同工况下,海拔越高,NO_x转化率越高,NH₃泄漏量越小,大气压力为80和100 k Pa下NO_x转化率最大相差20.1百分点,NH₃泄漏量最大相差54.6×10^-6。     

国六柴油机用铜基和钒基SCR催化剂特性台架对比研究

在发动机测试台架上对比研究不同温度、空速、氨氮比下铜基分子筛SCR催化剂和钒基SCR催化剂的NOx转化效率和氨存储特性。试验结果表明,对于铜基SCR催化剂,在低温区域200～250℃,温度对氮氧转化率影响明显,而空速影响甚微。温度对氨储存量影响极大,铜基SCR催化剂氨存储量随温度上升而快速下降,200℃时为1.5g/L,250℃为0.77g/L。对比而言,铜基催化剂低温性能优异,转化效率达到84%,明显高于钒基催化剂低温40%～60%转化效率;中温段(250～450℃)性能稳定,转化效率达到98%;高温段(450℃以上)效率较高,达到96%,且随着温度升高效率降低幅度较小。铜基分子筛催化剂性能整体优于钒基催化剂,从技术角度考虑,为国六后处理催化剂的优先选择。本试验研究工作获得的基础数据,可用于发动机数据标定。     

先进稀薄氮氧化物控制的超稳定后处理系统的开发

选择性催化还原(SCR)催化剂与柴油颗粒过滤器(SDPF)的集成可能是满足即将出台的严格排放法规的最可行方法之一。菱沸石结构催化剂SSZ-13使得尿素SCR技术可广泛应用于汽车领域,与热稳定性较低的ZSM-5技术相比,其具有高达750 ℃的强大热稳定性。然而,随着850 ℃老化时间增加,热稳定性较好的Cu-SSZ-13催化剂开始失去其初始活性,SDPF上的SCR催化剂可能在下降到怠速(DTI)条件下,当过滤器再生时暴露出来。因此,在汽车制造中强烈需要在更高温度下可存活、更耐用的SCR催化剂。     

采用分子筛SCR催化器降低柴油机NO_x排放的试验研究

在1台6缸柴油机上进行了十三工况各选定氨氮比(N_(SR))下的两种分子筛SCR催化剂催化活性的试验研究,分析了两种分子筛SCR催化剂的低温催化活性和NO_x转化效率受温度、空速以及HC转化效率影响的规律。结果表明:t=250℃时,空速对NO_x转化效率影响较小;由于受温度的影响,在N_(SR)值为1.0的情况下Cu基与Fe基分子筛的NO_x转化效率最高分别为88%和78%,Cu基SCR催化剂较Fe基SCR催化剂有较好的低温催化性能;t=250℃时,Fe基分子筛催化剂的抗HC中毒能力不如Cu基分子筛催化剂。t=350℃时,NO_x转化效率受空速与温度的双重影响,两种SCR催化剂的最高NO_x转化效率分别出现在空速为115 060 h~(-1)和90 400 h~(-1)时;t=350℃时,Fe基分子筛催化剂比Cu基分子筛催化剂对HC更加敏感。     

DOC+CDPF+SCR对轻型柴油机排放特性的影响

为研究DOC+CDPF+SCR对轻型柴油机动力性、经济性、排放性的影响,以一台满足国五排放法规的轻型柴油机作为样机,加装DOC+CDPF+SCR后处理系统后进行了台架试验研究。结果表明:加装DOC+CDPF+SCR后处理系统对柴油机的动力性和经济性有一定影响,外特性下扭矩平均降幅为1.3%,负荷特性下燃油消耗率平均升幅为2.6%。DOC+CDPF+SCR能有效降低柴油机的NO_x,THC,CO以及颗粒物排放。DOC主导净化THC和CO,对颗粒物也有良好的减排能力;SCR主导净化NO_x,排气温度较低时转化效率不高;CDPF主导净化颗粒物排放,对中小粒径颗粒物的净化效率更高。PN和PM平均减排率分别为99.1%和96.6%。     

中冷后进气温度对重型柴油机NOX排放性能的影响分析

中冷后进气温度是影响选择性催化还原(SCR)转化效率的重要因素。文章以一台某厂家重型柴油机为研究对象,在发动机台架测试系统上运行世界统一瞬态循环(WHTC)工况,通过全流稀释采样系统(CVS)检测排气中原机NO_X排放值以及SCR催化器后的NO_X排放值。结果表明,当排气温度为42～62℃时,提高中冷后进气温度能够有效提高增压中冷柴油机的排气温度,但也使得原始排气中的NO_X排放值增大;排气温度的提升使得SCR的转化效率得以提升,但由于原始排气中NO_X排放值的增大,SCR的转化效率呈现先增大后减少的趋势。     

CDPF被动再生特性及再生平衡条件研究

根据Arrhenius方程建立催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)被动再生化学反应模型。通过在一台重型柴油发动机上进行台架试验,对建立的CDPF被动再生模型进行标定和验证,标定后的CDPF被动再生模型可很好地预测CDPF中碳烟被NO_2氧化的反应速率。结果表明,碳烟氧化速率随CDPF初始碳载量的增大和床温的升高而提高;在初始碳载量为3.8 g/L、NO_x含量为550×10~(-6)的工况下CDPF平衡温度约为283℃;增加NO_x排放可促进CDPF被动再生的进行,降低被动再生平衡点碳载量和平衡温度;再生平衡曲线与预设碳载量有关,随着预设碳载量的增大,再生平衡曲线下移,被动再生区域增大。     

降怠速工况DPF再生温度及排放特性研究

基于某国六柴油机搭建后处理系统试验台架,研究了堇青石DPF在急降怠速(DTI)过程中的主动再生特性,探究了碳载量对DTI再生温度特性的影响以及DTI试验后的DPF瞬态排放特性。结果表明：DTI再生过程中载体内部温度分布极不均匀,峰值温度出现在DPF后端的中环处;碳载量对DTI再生温度及PM和PN排放有显著影响,当碳载量达到7 g/L时,峰值温度达到1 394.1℃,最大温度梯度达到139.0℃/cm, PN排放超过国六限值10倍以上,而PM排放虽有明显升高,仍在较大裕量内满足国六限值。当超过堇青石陶瓷材料的耐受温度和温度梯度极限时,DPF具有很大的熔化和开裂风险,需要合理选取再生极限碳载量以保证可靠性。     

提高柴油机尿素SCR系统氮氧化物转化效率的试验研究

针对柴油机Urea-SCR后处理系统,为了有效提高NOx转化效率,考虑了包裹保温材料减少排气管散热从而提高载体温度、调整喷嘴位置、安装混合器等3种方法,并进行了不同温度和空速下SCR的NOx转化效率试验。试验结果表明:包裹保温材料能够在ETC循环中提高SCR载体温度20℃左右,从而使发动机更多工况处于SCR催化剂反应高效区域;喷嘴安装在更靠近发动机涡轮出口处(沿排气流反方向移动20 cm后),各工况下NOx转化效率均有所提高;安装混合器后在各工况下NOx的转化效率均有5%左右的提高,尤其在低温220℃时NOx的转化效率提高7%。     

柴油机微粒捕集器定工况主动再生条件的试验研究

柴油机尾气后处理系统采用仅安装氧化催化转化器方案,通过试验确定了柴油机微粒捕集器定工况主动再生时所需的入口条件,通过对发动机不同工况排气温度的测量确定了微粒捕集器定工况主动再生的发动机工况点,得出了主动再生时排气管中所需喷入液化石油气的喷射脉宽.试验中氧化催化转化器对HC的转化效率达到了90%以上,满足了再生期间对催化...     

铜基SAPO-34催化剂原位合成及台架性能研究

使用磷酸三乙胺为结构引导剂与磷源,原位制备Cu/SAPO-34-z催化剂,考察其经800℃-10%-24 h条件处理前后的催化活性,结合XRD,SEM,TG,BET等表征手段分析理化特性,并进一步验证其发动机台架性能。结果表明：磷酸三乙胺制备的SAPO-34分子筛结晶度更高,比表面积达到了682 m²/g,粒径集中分布在1～3μm;焙烧过程中,由于铜铵络合物分解,致使350～450℃区间内失重加剧;高温水热处理对Cu/SAPO-34-z催化剂低温活性影响较小,温度窗口由173～515℃劣化至173～445℃。台架性能测试结果显示：自制SCR样件200℃时NO_x转化率超过90%,220～450℃接近100%,即使空速增至60 000 h^-1,NO_x转化率仍超过98%;温度对氨存储量的影响远大于空速,3种空速下温升导致的降幅分别是86%,86%,57.5%;氨存储率越高,NO_x转化率越高,且变动幅度受温度与空速影响越低;空速越高,氨逃逸量越高;温度越高,尿素停喷前后氨逃逸量差值越小...     

基于模型的CDPF降怠速再生特性研究

采用1D数值模拟软件AVL BOOST,建立柴油机催化型柴油颗粒捕集器主动再生反应模型,研究降怠速再生(DTI)期间初始碳载量、再生温度、再生/怠速流量、再生/怠速氧含量、怠速进入时刻等因素对DPF峰值温度和峰值温度梯度的影响规律.结果表明:随着初始碳载量、再生温度和氧含量增加,峰值温度、峰值温度梯度和炭烟反应量均增加...     

CDPF再生性能的试验研究

基于外加热源再生性能测试台架,研究了来流参数和灰沉积对催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)再生性能的影响规律,并比较了DPF和CDPF在再生性能上的差异。结果表明:随着来流温度的增加,载体的最高温度和最大温度梯度先保持不变,后迅速增大,再生效率和效能比也逐渐增大;随着来流温度脉冲持续时间的增长,载体的最高温度基本保持不变,最大温度梯度略有增大,再生效率逐渐增大,但效能比却逐渐降低;随着灰沉积量的逐渐增大,载体的最高温度和最大温度梯度基本保持不变,再生效率和效能比却逐渐降低;在来流温度为475℃时,相较于DPF内碳黑基本不发生反应,CDPF内碳黑发生剧烈氧化,最高温度和最大温度梯度升高,再生效率和效能比也随之升高。     

一种可提高DPF过滤效果的新型催化剂

为了提升柴油机颗粒过滤器(DPF)催化剂的性能,在镧锰钙钛矿(LaMnO₃)催化剂中掺杂Sr和Co,并将所制催化剂用于实际DPF台架试验中。结果表明：所制催化剂获得较好的效果,90%炭烟去除温度(T₉₀)为433℃,氮氧化物(NO_x)的最大转化率(X_α)为23.7%;台架试验去除NO_x质量浓度最高达4.19×10^-4kg/L,除炭速率可达2.87g/(L·h),接近于商用DPF催化剂。     

柴油机后处理系统N_2O排放特性的试验研究

对一台重型柴油机的后处理系统进行台架试验,研究其N2O生成特性,包括在颗粒捕集器(DPF)主动再生、选择性催化还原(SCR)反应和泄漏氨气在氨气氧化催化器(ASC)的氧化过程中一氧化二氮(N2O)的生成规律。结果表明,DPF主动再生时,喷入排气管的柴油与排气中的氮氧化物在催化剂表面发生副反应生成N2O,其生成量随DOC出口温度的升高呈现先增后减的趋势。在SCR反应中,Cu沸石催化剂生成的N2O最多,Cu/Fe复合催化剂次之,而其它催化剂生成的N2O很少;对于前两种催化剂,随着温度的升高,N2O生成量呈先增后减再增的趋势。从SCR催化器泄漏的氨气在ASC中被氧化生成N2O,温度在200~250℃时N2O生成量较大。     

柴油机尿素 SCR 反应特性的试验研究

利用可独立控制尿素喷射量的SCR系统,通过柴油机台架试验,研究了钒基催化剂温度和空速对SCR催化还原反应NOx 转化效率和反应速率的影响,以及尿素喷嘴安装位置对转化效率的影响。结果表明：NOx 转化率随着氨氮比（NH3与NOx 物质的量之比）的升高而逐渐升高,由于尿素水解和热解不完全等因素,氨氮比上升到2时NOx 转化率才可达到最大;NOx 转化率随着催化剂温度升高而升高,到400℃时基本趋于稳定,NOx 转化率随空速升高略有下降;SCR反应速率随温度的升高而升高,随空速的变化不明显;相同氨氮比时,尿素喷嘴与催化剂的距离增加,有利于NOx 转化率的升高。     

柴油机DOC+CDPF系统的过滤和再生性能试验研究

基于氧化催化转化器(DOC)+催化型颗粒捕集器(CDPF)系统开展了发动机台架试验,对比系统前后的颗粒物粒径分布,获得了系统的过滤效率,同时也测量了该系统在各稳态工况下的再生效率.研究结果表明:该系统对颗粒物的过滤效率在发动机的各个工况均能达到95%以上;系统前的颗粒物数量浓度呈单峰分布,主要为核模态;系统后颗粒物数量浓度呈双峰分布,峰值分别在10 nm和150 nm左右,且10 nm左右波峰峰值最大;再生效率随着再生温度的升高呈上升趋势,测试系统的起燃温度在250℃以下;再生效率均随着再生时间的增加而增加,但在再生后期明显变缓;在较高的再生温度时,颗粒担载量增大将有利于提高再生速率.     

前置DOC对SCR系统柴油机NO_x排放的影响

对装配前置DOC和无DOC的SCR系统柴油机进行稳态和瞬态试验,研究了前置DOC在不同循环状态下对NOx排放的影响。结果表明:前置DOC能显著提高SCR入口处NO2与NOx的体积比V(NO2)∶V(NOx),加速SCR反应,提高NOx转化效率,改善NOx排放;在ESC非怠速工况下,DOC对V(NO2)∶V(NOx)的影响会随着排气中氧含量和排气温度、空速的提高逐渐降低;温度超过一定范围时,NH3对O2的选择性突然提高,V(NO2)∶V(NOx)对NOx转化效率的影响将减小;DOC内氧化反应产生的热量有限,不足以提高SCR入口处排气温度,而DOC陶瓷载体的储热特性在瞬态循环下会对SCR入口温度产生一定影响,但这并不是改善NOx排放的主要原因。